Wetenschappers hebben hun beste meting tot nu toe verkregen van de grootte en inhoud van een neutronenster, een ultra-dicht object dat de vreemdste en zeldzaamste materie in het heelal bevat.
Deze meting kan leiden tot een beter begrip van de bouwstenen van de natuur - protonen, neutronen en hun samenstellende quarks - terwijl ze in de neutronenster worden samengedrukt tot een dichtheid die miljarden keren groter is dan op aarde.
Dr. Tod Strohmayer van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md., En zijn collega Adam Villarreal, een afgestudeerde student aan de Universiteit van Arizona, presenteren deze resultaten vandaag tijdens een webgebaseerde persconferentie in New Orleans tijdens de bijeenkomst van de High Energy Astrophysics Division van de American Astronomical Society.
Ze zeiden dat hun beste schatting van de straal van een neutronenster 11,5 kilometer is, plus of min een wandeling door de Franse wijk. De massa lijkt 1,75 keer die van de zon te zijn, massiever dan sommige theorieën voorspellen. Ze hebben hun metingen uitgevoerd met Rossi X-ray Timing Explorer van NASA en gearchiveerde röntgengegevens
De lang gezochte massa-straal relatie definieert de interne dichtheid en druk relatie van de neutronenster, de zogenaamde toestandsvergelijking. En dit bepaalt op zijn beurt wat voor soort materie er in een neutronenster kan bestaan. De inhoud biedt een cruciale test voor theorieën die de fundamentele aard van materie en energie en de kracht van nucleaire interacties beschrijven.
"We willen heel graag de spullen in het midden van een neutronenster in handen krijgen", zei Strohmayer. "Maar aangezien we dat niet kunnen, gaat dit over het op één na beste. Een neutronenster is een kosmisch laboratorium en biedt de enige mogelijkheid om de effecten van materie zo gecomprimeerd te zien. '
Een neutronenster is de kern van een ster die ooit groter was dan de zon. Het interieur bevat materie onder krachten die misschien bestond op het moment van de oerknal, maar die niet kan worden gedupliceerd op aarde. De neutronenster in de aankondiging van vandaag maakt deel uit van een dubbelstersysteem genaamd EXO 0748-676, gelegen in het sterrenbeeld Volans of Flying Fish, ongeveer 30.000 lichtjaar verwijderd, zichtbaar in de zuidelijke hemel met een grote achtertuintelescoop.
In dit systeem stort gas van een "normale" metgezelster op de neutronenster, aangetrokken door de zwaartekracht. Dit veroorzaakt thermonucleaire explosies op het neutronensteroppervlak die het gebied verlichten. Dergelijke bursts onthullen vaak de spinsnelheid van de neutronenster door een flikkering in het uitgezonden röntgenlicht, een burst-oscillatie genoemd. (Zie items 1-6 voor het concept van een kunstenaar van dit proces. Een filmpje en een gedetailleerd bijschrift zijn te vinden in de blauwe kolom aan de rechterkant.)
De wetenschappers ontdekten een burst-oscillatiefrequentie van 45 hertz, wat overeenkomt met een spinsnelheid van de neutronenster van 45 keer per seconde. Dit is een rustig tempo voor neutronensterren, die vaak meer dan 300 keer per seconde ronddraaien.
De wetenschappers maakten vervolgens gebruik van EXO 0748-676-waarnemingen met de XMM-Newton-satelliet van de European Space Agency uit 2002, geleid door Dr. Jean Cottam van NASA Goddard. Het team van Cottam had spectraallijnen gedetecteerd die werden uitgezonden door heet gas, vergelijkbaar met de lijnen van een cardiogram. Deze lijnen hadden twee kenmerken. Ten eerste waren ze Doppler verschoven. Dit betekent dat de gedetecteerde energie een gemiddelde was van het licht dat rond de neutronenster draaide en van ons weg ging en vervolgens naar ons toe. Ten tweede werden de lijnen door zwaartekracht roodverschoven. Dit betekent dat de zwaartekracht het licht aantrok terwijl het probeerde te ontsnappen uit de regio en een beetje van zijn energie stal.
Strohmayer en Villarreal bepaalden dat de 45-hertz-frequentie en de waargenomen lijnbreedten van Doppler-verschuiving consistent zijn met een neutronensterradius tussen 9,5 en 15 kilometer, met de beste schatting op 11,5 kilometer. De relatie tussen burst-frequentie, Doppler-verschuiving en straal is dat de snelheid van gas dat rond het oppervlak van de ster wervelt, afhangt van de straal van de ster en zijn spinsnelheid. In wezen komt een snellere spin overeen met een bredere spectraallijn (een techniek die vergelijkbaar is met hoe een staatsoperator snelheidsauto's kan detecteren).
De zwaartekrachtmeting van het Cottam-team bood de eerste maat voor een massa-straalverhouding, zij het zonder kennis van massa en straal. Dit komt omdat de mate van roodverschuiving (zwaartekracht) afhangt van de massa en straal van de neutronenster. Sommige wetenschappers hadden deze meting in twijfel getrokken, omdat de gedetecteerde spectraallijnen te smal leken. De nieuwe resultaten versterken de gravitatie-interpretatie van de roodverschuiving van de spectraallijnen van het Cottam-team (en dus de massa-radiusverhouding) omdat een langzamer draaiende ster zulke relatief smalle lijnen gemakkelijk kan produceren.
Dus, steeds zekerder van de massa-straalverhouding en nu de straal kennen, konden de wetenschappers de massa van de neutronenster berekenen. De waarde lag tussen 1,5 en 2,3 zonsmassa's, met de beste schatting op 1,75 zonsmassa's.
Het resultaat ondersteunt de theorie dat materie in de neutronenster in EXO 0748-676 zo stevig is verpakt dat bijna alle protonen en elektronen in neutronen worden geperst, die ronddraaien als een supervloeistof, een vloeistof die zonder wrijving stroomt. Toch zit de zaak niet zo strak verpakt dat quarks worden bevrijd, een zogenaamde quarkster.
"Onze resultaten beginnen echt druk uit te oefenen op de neutronenstervergelijking van de staat", zei Villareal. “Het lijkt erop dat toestandsvergelijkingen die voorspellen dat hele grote of hele kleine sterren bijna uitgesloten zijn. Misschien nog spannender is dat we nu een observatietechniek hebben waarmee we de massa-straalrelaties in andere neutronensterren kunnen meten. '
Een voorgestelde NASA-missie, de Constellation X-ray Observatory, zou de mogelijkheid hebben om dergelijke metingen uit te voeren, maar met een veel grotere precisie, voor een aantal neutronensterrensystemen.
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
